DE102022112321A1 - Method for producing a pressure vessel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (1) zur Speicherung von gasförmigen Brennstoffen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Stützrohres (2), Bereitstellen eines Sperrrohres (3), welches einen Außendurchmesser (31) aufweist, der kleiner als ein Innendurchmesser (22) des Stützrohres (2) ist, Anordnen des Sperrrohres (3) innerhalb des Stützrohres (2), und Verformen des Stützrohres (2) derart, dass eine Innenfläche (22a) des Stützrohres (2) an einer Außenfläche (31a) des Sperrrohres (3) anliegt, zum Herstellen eines Doppelrohres (4).The invention relates to a method for producing a pressure vessel (1) for storing gaseous fuels, in particular for a motor vehicle, comprising the steps: providing a support tube (2), providing a barrier tube (3) which has an outer diameter (31). is smaller than an inner diameter (22) of the support tube (2), arranging the barrier tube (3) within the support tube (2), and deforming the support tube (2) such that an inner surface (22a) of the support tube (2) is on an outer surface (31a) of the barrier tube (3) rests to produce a double tube (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters zur Speicherung von gasförmigen Brennstoffen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie einen derartigen Druckbehälter.The invention relates to a method for producing a pressure vessel for storing gaseous fuels, in particular for a motor vehicle, and to such a pressure vessel.
Aus dem Stand der Technik sind Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoffen bekannt. Häufig erfolgt dabei eine Speicherung unter hohem Druck. Insbesondere bei einer Speicherung von Wasserstoff sind aufgrund der hohen Diffusionsfähigkeit von Wasserstoff und der Neigung von mit dem Wasserstoff in Kontakt stehenden Werkstoffen zur Wasserstoffversprödung aufwändige und teure Maßnahmen zur Vermeidung oder zumindest Reduzierung der Diffusion und Wasserstoffversprödung erforderlich. Bei Druckbehältern aus Metall, zum Beispiel Stahl, wird beispielsweise eine spezielle Sperrschicht auf die Innenseite der Behälterwand aufgebracht. In
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters bereitzustellen, das einfach und kostengünstig durchführbar ist, und insbesondere zur Herstellung von Druckbehältern zur Speicherung hoch diffusiver Stoffe geeignet ist. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckbehälter bereitzustellen, der einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist, und der eine zuverlässige effiziente Speicherung von Brennstoffen mit hoher Diffusivität erlaubt.It is therefore the object of the invention to provide a method for producing a pressure vessel that can be carried out simply and cost-effectively and is particularly suitable for producing pressure vessels for storing highly diffusive substances. A further object of the invention is to provide a pressure vessel which has a simple and cost-effective structure and which allows reliable, efficient storage of fuels with high diffusivity.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.This problem is solved by a method with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil, dass ein Druckbehälter besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dabei kann die Herstellung mittels einfacher Werkzeuge und Maschinen erfolgen, und es können vergleichsweise günstig und leicht verfügbare Werkstoffe verwendet werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren, das die Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Stützrohres,
- - Bereitstellen eines Sperrrohres, dass ein Außendurchmesser aufweist, der kleiner als ein Innendurchmesser des Stützrohres ist,
- - Anordnen des Sperrrohres innerhalb des Stützrohres, und
- - Verformen des Stützrohres derart, dass eine Innenfläche des Stützrohres an einer Außenfläche des Sperrrohres anliegt, zum Herstellen eines Doppelrohres.
- - Providing a support tube,
- - Providing a barrier tube that has an outside diameter that is smaller than an inside diameter of the support tube,
- - Arranging the barrier tube within the support tube, and
- - Deforming the support tube in such a way that an inner surface of the support tube rests on an outer surface of the barrier tube to produce a double tube.
Mit anderen Worten werden zwei separate Rohre bereitgestellt und ineinander geschoben, beispielsweise koaxial zueinander angeordnet. Anschließend wird, insbesondere ausschließlich, das äußere Stützrohr verformt, mindestens bis dieses am inneren Sperrrohr anliegt, sodass die beiden Rohre ein gemeinsames Doppelrohr bilden. Vorteilhafterweise kann mittels eines Innendorns ein vergleichsweise geringer Gegendruck erzeugt wurden, um die Innengeometrie möglichst exakt zu erhalten.In other words, two separate tubes are provided and pushed into one another, for example arranged coaxially to one another. Subsequently, in particular exclusively, the outer support tube is deformed, at least until it rests on the inner barrier tube, so that the two tubes form a common double tube. Advantageously, a comparatively low counter pressure can be generated by means of an internal mandrel in order to maintain the internal geometry as accurately as possible.
Bevorzugt ist das Stützrohr ausgebildet, um eine mechanische Stabilität des Druckbehälters bereitzustellen, insbesondere um die aus einer Befüllung des Druckbehälters mit einem unter hohem Druck stehenden Brennstoff resultierende mechanische Last aufzunehmen. Vorzugsweise ist das Sperrrohr ausgebildet, um eine Dichtigkeit des Druckbehälters bereitzustellen und/oder um einen Kontakt zwischen dem Stützrohr und einem in den Druckbehälter einfüllbaren Brennstoff zu verhindern. Besonders bevorzugt ist das Sperrrohr ausgebildet, um eine Diffusion von Brennstoff nach außerhalb des Druckbehälters auf ein Minimum zu reduzieren.The support tube is preferably designed to provide mechanical stability of the pressure vessel, in particular to absorb the mechanical load resulting from filling the pressure vessel with a fuel under high pressure. The barrier tube is preferably designed to ensure that the pressure vessel is sealed and/or to prevent contact between the support tube and a fuel that can be filled into the pressure vessel. The barrier tube is particularly preferably designed to reduce the diffusion of fuel to the outside of the pressure vessel to a minimum.
Das Verfahren bietet somit den Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein Druckbehälter mit optimalen Eigenschaften zur zuverlässigen und effizienten Speicherung hoch diffusiver gasförmiger Brennstoffe hergestellt werden kann. Insbesondere können damit besonders vorteilhaft Druckbehälter zur Speicherung von Wasserstoff als Brennstoff bereitgestellt werden, welche einerseits mit besonders niedriger Durchlässigkeit für den Wasserstoff bereitgestellt werden können, und welche andererseits die Möglichkeit bieten durch entsprechende Wahl der Werkstoffe von Sperrrohr und Stützrohr eine Wasserstoffversprödung zu minimieren.The method therefore offers the advantage that a pressure vessel with optimal properties for the reliable and efficient storage of highly diffusive gaseous fuels can be produced in a particularly simple and cost-effective manner. In particular, it is particularly advantageous to provide pressure vessels for storing hydrogen as fuel, which, on the one hand, can be provided with a particularly low permeability for the hydrogen, and which, on the other hand, offer the possibility of minimizing hydrogen embrittlement by appropriately selecting the materials of the barrier tube and support tube.
Weiter vorteilhaft ist bei dem Verfahren, das das Verformen des Stützrohres als radiales Stauchen des Stützrohres, also Druckumformen bzw. Drücken, erfolgen kann. Dadurch kann der Druckbehälter mittels einfacher und kostengünstiger Maschinen und Umformverfahren hergestellt werden.Another advantage of the method is that the deformation of the support tube can take place as a radial compression of the support tube, i.e. pressure forming or pressing. This means that the pressure vessel can be manufactured using simple and cost-effective machines and forming processes.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt, welcher vor dem Verformen des Stützrohres durchgeführt wird: gemeinsames Stauchen von Stützrohr und Sperrrohr in radialer Richtung an einem Stauchabschnitt. Bevorzugt ist der Stauchabschnitt an einem axialen Ende der beiden ineinander geschobenen Rohre angeordnet. Insbesondere werden Sperrrohr und Stützrohr derart verformt, dass nach dem Verformen der Außendurchmesser des Stützrohres kleiner als der Außendurchmesser des Sperrrohres vor dem Verformen ist. Dadurch werden die beiden Rohre an dem Stauchabschnitt aneinander fixiert, sodass eine relative axiale Verschiebung verhindert wird. Dadurch kann das nachfolgende Verformen des Stützrohres besonders gezielt und präzise durchgeführt werden, um die gewünschte Geometrie zu erreichen.The method preferably further comprises the step which is carried out before the support tube is deformed: joint compression of the support tube and barrier tube in the radial direction at a compression section. The compression section is preferably one into the other at an axial end of the two pushed pipes arranged. In particular, the barrier tube and support tube are deformed in such a way that after deformation the outer diameter of the support tube is smaller than the outer diameter of the barrier tube before deformation. As a result, the two tubes are fixed to one another at the compression section, so that relative axial displacement is prevented. This means that the subsequent deformation of the support tube can be carried out in a particularly targeted and precise manner in order to achieve the desired geometry.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt, welche nach dem Verformen des Stützrohres durchgeführt wird: Herstellen von zumindest einem domförmigen Endbereich durch Verformen eines Teilbereichs des Doppelrohres, vorzugsweise mittels Hot-Spin-Forming. Als domförmiger Endbereich wird insbesondere eine kuppelförmige oder im Wesentlichen sphärische Verjüngung eines Teils des Doppelrohres angesehen. Beispielsweise kann zusätzlich, bevorzugt gleichzeitig ein Stutzen an den domförmigen Bereich angrenzend ausgeformt werden. Beispielsweise kann ein derartiger Stutzen zum Anschluss des Druckbehälters dienen. Insbesondere wird der domförmige Bereich somit dadurch erzeugt, dass ein Teilbereich des Doppelrohres durch Drücken in radialer Richtung im Durchmesser verkleinert wird. Damit kann der Druckbehälter auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden, da ein derartiges Drücken beispielsweise mit wenig Maschinenaufwand und besonders zeiteffizient durchgeführt werden kann.Particularly preferably, the method further comprises the step which is carried out after the support tube has been deformed: producing at least one dome-shaped end region by deforming a partial region of the double tube, preferably by means of hot spin forming. A dome-shaped or essentially spherical taper of a part of the double tube is viewed as a dome-shaped end region. For example, a nozzle can additionally, preferably simultaneously, be formed adjacent to the dome-shaped area. For example, such a connector can be used to connect the pressure vessel. In particular, the dome-shaped area is thus created by reducing the diameter of a portion of the double tube by pressing in the radial direction. This means that the pressure container can be manufactured in a particularly simple and cost-effective manner, since such pressing can be carried out, for example, with little machine effort and in a particularly time-efficient manner.
Bevorzugt wird das Verformen des Stützrohres dadurch ausgeführt, dass ein gleichzeitiges radiales Stauchen und axiales Strecken des Stützrohres erfolgt. Damit kann eine einfache und gezielte Umformung des Stützrohres erfolgen, um die gewünschte Geometrie zu erreichen. Ferner kann eine schonende Umformung erfolgen, um optimale Materialeigenschaften des Druckbehälters bereitstellen zu können.The deformation of the support tube is preferably carried out by simultaneously radially compressing and axially stretching the support tube. This allows a simple and targeted reshaping of the support tube to achieve the desired geometry. Furthermore, gentle forming can be carried out in order to be able to provide optimal material properties of the pressure vessel.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Trennen des Doppelrohres in mehrere Doppelrohrstücke, um mehrere Druckbehälter herzustellen. Das heißt, das Herstellen des Doppelrohres durch Verformen des Stützrohres bis dessen Innenfläche an der Außenseite des Sperrrohres anliegt, und vorzugsweise das gemeinsame Stauchen vom Stützrohr und Sperrrohr, erfolgt an genau einem Doppelrohr, aus welchem anschließend mehrere separate Druckbehälter hergestellt werden können. Dadurch kann ein besonders effizientes und kostengünstiges Herstellungsverfahren bereitgestellt werden.Preferably, the method further comprises the step of: separating the double pipe into a plurality of double pipe pieces in order to produce a plurality of pressure vessels. This means that the production of the double tube by deforming the support tube until its inner surface rests on the outside of the barrier tube, and preferably the joint compression of the support tube and barrier tube, takes place on exactly one double tube, from which several separate pressure vessels can then be produced. This makes it possible to provide a particularly efficient and cost-effective manufacturing process.
Bevorzugt ist das Sperrrohr aus einem austenitischen Stahl gebildet. Ein derartiges Sperrrohr bietet den Vorteil, dass eine besonders niedrige Diffusivität für Wasserstoff bereitgestellt werden kann. Zudem weist ein derartiges Sperrrohr eine geringe Anfälligkeit gegenüber einer Wasserstoffversprödung auf. Vorzugsweise weist der austenitische Stahl zumindest eine der folgenden Bestandteile in der entsprechenden Konzentration auf:
- - Kohlenstoff bis 0,10 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 Gew.-% bis 0,03 Gew.-%;
- - Silizium bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 Gew.-% bis 0,80 Gew.-%;
- - Mangan bis 2,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%;
- - Chrom bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 16,5 Gew.-% bis 18,5 Gew.-%;
- - Molybdän bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 2,0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%;
- - Nickel bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 10,0 Gew.-% bis 13,0 Gew.-%;
- - Titan bis 0,2 Gew.-% vorzugsweise 0,02 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%;
- - Vanadium bis 0,2 Gew.-%;
- - Aluminium bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,02 Gew.-% bis 0,07 Gew.-%;
- - Stickstoff bis 0,15 Gew.-%, vorzugsweise bis 0,11 Gew.-%;
- - Schwefel max. 0,015 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,008 Gew.-%;
- - Phosphor max. 0,045 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,025 Gew.-%.
- - Carbon up to 0.10% by weight, preferably 0.01% by weight to 0.03% by weight;
- - Silicon up to 1.0% by weight, preferably 0.01% by weight to 0.80% by weight;
- - Manganese up to 2.0% by weight, preferably 0.3% by weight to 1.5% by weight;
- - Chromium up to 20% by weight, preferably 16.5% by weight to 18.5% by weight;
- - Molybdenum up to 3.0% by weight, preferably 2.0% by weight to 2.5% by weight;
- - Nickel up to 15% by weight, preferably 10.0% by weight to 13.0% by weight;
- - Titanium up to 0.2% by weight, preferably 0.02% by weight to 0.1% by weight;
- - vanadium up to 0.2% by weight;
- - Aluminum up to 0.2% by weight, preferably 0.02% by weight to 0.07% by weight;
- - Nitrogen up to 0.15% by weight, preferably up to 0.11% by weight;
- - Sulfur max. 0.015% by weight, preferably max. 0.008% by weight;
- - Phosphorus max. 0.045% by weight, preferably max. 0.025% by weight.
Besonders bevorzugt weist der austenitische Stahl sämtliche dieser genannten Bestandteile in der jeweiligen Konzentration auf, wobei vorzugsweise der Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht.The austenitic steel particularly preferably has all of these components mentioned in the respective concentration, with the remainder preferably consisting of iron and impurities.
Weiter bevorzugt ist das Stützrohr aus einem martensitischen Stahl gebildet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein mechanisch besonders stabiler Druckbehälter bereitgestellt werden kann. Zudem können dadurch die Materialkosten für den Druckbehälter reduziert werden. Vorzugsweise weist der martensitische Stahl zumindest eine der folgenden Bestandteile in der entsprechenden Konzentration auf:
- -
Kohlenstoff bis 0,45 Gew.-%, vorzugsweise 0,36 Gew.-% bis 0,43 Gew.-%; - -
Silizium bis 2,0 Gew.-%, 1,40 Gew.-vorzugsweise % bis 1,90 Gew.-%, besondersbevorzugt 1,60 Gew.-% bis 1,75 Gew.-%; - -
Mangan bis 1,0 Gew.-%,vorzugsweise 0,40 Gew.-% bis 0,90 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 Gew.-% bis 0,85 Gew.-%; - -
Chrom bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,60 Gew.-% bis 0,90 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 Gew.-% bis 0,85 Gew.-%; - - Molybdän bis 0,50 Gew.-%, vorzugsweise 0,35 Gew.-
% bis 0,45 Gew.-%; - -
Nickel bis 2,0 Gew.-%,vorzugsweise 1,20 Gew.-% bis 1,90 Gew.-%, besondersbevorzugt 1,70 Gew.-% bis 1,80 Gew.-%; - -
Titan bis 0,2 Gew.-%; - -
Vanadium bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,070 Gew.-% bis 0,090 Gew.-%; - -
Aluminium bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 Gew.-% bis 0,04 Gew.-%; - - Stickstoff bis 0,15 Gew.-%, vorzugsweise bis 0,10 Gew.-%;
- - Schwefel max. 0,015 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,008 Gew.-%;
- - Phosphor max. 0,025 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,015 Gew.-%.
- - Carbon up to 0.45% by weight, preferably 0.36% by weight to 0.43% by weight;
- - Silicon up to 2.0% by weight, preferably 1.40% by weight to 1.90% by weight, particularly preferably 1.60% by weight to 1.75% by weight;
- - Manganese up to 1.0% by weight, preferably 0.40% by weight to 0.90% by weight, particularly preferably 0.75% by weight to 0.85% by weight;
- - Chromium up to 1.0% by weight, preferably 0.60% by weight to 0.90% by weight, particularly preferably 0.75% by weight to 0.85% by weight;
- - Molybdenum up to 0.50% by weight, preferably 0.35% by weight to 0.45% by weight;
- - Nickel up to 2.0% by weight, preferably 1.20% by weight to 1.90% by weight, particularly preferably 1.70% by weight to 1.80% by weight;
- - Titanium up to 0.2% by weight;
- - Vanadium up to 0.2% by weight, preferably 0.05% by weight to 0.15% by weight, particularly preferably 0.070% by weight to 0.090% by weight;
- - Aluminum up to 0.2% by weight, preferably 0.01% by weight to 0.04% by weight;
- - Nitrogen up to 0.15% by weight, preferably up to 0.10% by weight;
- - Sulfur max. 0.015% by weight, preferably max. 0.008% by weight;
- - Phosphorus max. 0.025% by weight, preferably max. 0.015% by weight.
Besonders bevorzugt weist der martensitische Stahl sämtliche dieser genannten Bestandteile in der jeweiligen Konzentration auf, wobei vorzugsweise der Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht.The martensitic steel particularly preferably has all of these components mentioned in the respective concentration, with the remainder preferably consisting of iron and impurities.
Bevorzugt sind das Sperrrohr und das Stützrohr aus Materialien gebildet, welche im Wesentlichen einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dadurch kann eine ähnliche Wärmeausdehnung dieser beiden Bestandteile des Druckbehälters sichergestellt werden, wodurch beispielsweise Spalte und/oder unerwünschte Spannungen vermieden werden können. Alternativ bevorzugt ist das Sperrrohr aus einem Material gebildet, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als ein Material des Stützrohres aufweist. Dadurch wird beispielsweise bewirkt, dass sich das Sperrrohr bei einer Erwärmung stärker ausdehnt als das Stützrohr. Dadurch wird bewirkt, dass sich bei einer Erwärmung des Doppelrohres und/oder des Druckbehälters eine Pressverbindung der beiden Rohre einstellt, beispielsweise anstatt einer Lockerung oder einer Ausbildung eines Spaltes zwischen den beiden Rohren.The barrier tube and the support tube are preferably formed from materials which have essentially the same coefficient of thermal expansion. This makes it possible to ensure a similar thermal expansion of these two components of the pressure vessel, whereby, for example, gaps and/or undesirable tensions can be avoided. Alternatively, the barrier tube is preferably formed from a material that has a greater coefficient of thermal expansion than a material of the support tube. This causes, for example, that the barrier tube expands more than the support tube when heated. This causes a press connection between the two pipes to occur when the double pipe and/or the pressure vessel heats up, for example instead of loosening or forming a gap between the two pipes.
Vorzugsweise beträgt eine erste Wandstärke des Sperrrohres maximal 80 %, bevorzugt maximal 50 %, besonders bevorzugt maximal 30 % einer zweiten Wandstärke des Stützrohres. Das heißt, dass Sperrrohr ist im Vergleich zum Stützrohr dünnwandiger ausgebildet. Dadurch kann ein besonders kostengünstiger Druckbehälter bereitgestellt werden, insbesondere wenn das Sperrrohr aus einem austenitischen Stahl und das Stützrohr aus einem martensitischen Stahl gebildet sind.Preferably, a first wall thickness of the barrier tube is a maximum of 80%, preferably a maximum of 50%, particularly preferably a maximum of 30% of a second wall thickness of the support tube. This means that the barrier tube is thinner-walled compared to the support tube. This makes it possible to provide a particularly cost-effective pressure vessel, particularly if the barrier tube is made of an austenitic steel and the support tube is made of a martensitic steel.
Weiter bevorzugt beträgt ein Außendurchmesser des Sperrrohres maximal 95 %, bevorzugt maximal 80 %, besonders bevorzugt mindestens 60 %, des Innendurchmessers des Stützrohres. Vorzugsweise wird dabei ein Zustand vor dem Verformen des Stützrohres betrachtet. Insbesondere liegt somit vor dem Verformen ein Radialspalt zwischen den beiden Rohren vor. Besonders bevorzugt beträgt ein derartiger Radialspalt mindestens 5 mm, vorzugsweise maximal 10 mm. Damit kann ein besonders einfaches und leichtgängiges Ineinanderschieben der beiden Rohre erfolgen.More preferably, an outer diameter of the barrier tube is a maximum of 95%, preferably a maximum of 80%, particularly preferably at least 60%, of the inner diameter of the support tube. Preferably, a state before the support tube is deformed is considered. In particular, there is a radial gap between the two tubes before deformation. Such a radial gap is particularly preferably at least 5 mm, preferably a maximum of 10 mm. This allows the two pipes to be pushed into one another in a particularly simple and smooth manner.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt einer Wärmebehandlung des Doppelrohres, vorzugsweise nach dem Herstellen des domförmigen Endbereichs. Damit können besonders vorteilhafte Materialeigenschaften, wie eine hohe Festigkeit des Druckbehälters erzielt werden.Particularly preferably, the method further comprises the step of heat treating the double tube, preferably after producing the dome-shaped end region. This allows particularly advantageous material properties, such as high strength of the pressure vessel, to be achieved.
Bevorzugt umfasst die Wärmebehandlung die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge:
- - Härten,
- - Abschrecken,
- - erstes Anlassen,
- - Luftabkühlung,
- - zweites Anlassen, und
- - Luftabkühlung
- - hardening,
- - Scare off,
- - first start,
- - air cooling,
- - second starting, and
- - Air cooling
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt eines Beschichtens des Doppelrohres, bevorzugt mit einer Korrosionsschutzschicht, insbesondere an einer Außenseite des Doppelrohres. Damit kann ein besonders langlebiger und gegenüber äußeren Umwelteinflüssen widerstandsfähiger Druckbehälter bereitgestellt werden.Preferably, the method further comprises the step of coating the double pipe, preferably with a corrosion protection layer, in particular on an outside of the double pipe. This makes it possible to provide a particularly long-lasting pressure vessel that is resistant to external environmental influences.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Brennstoffen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei der Druckbehälter mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt ist. Der Druckbehälter zeichnet sich somit durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, wobei eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Wasserstoffversprödung und einer Diffusion von Wasserstoff aus dem Druckbehälter nach außen ermöglicht werden kann.Furthermore, the invention leads to a pressure vessel for storing gaseous fuels, in particular for a motor vehicle, the pressure vessel being produced by means of the method described above. The pressure vessel is therefore characterized by a simple and cost-effective structure, allowing high resistance to hydrogen embrittlement and diffusion of hydrogen from the pressure vessel to the outside.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
-
1 eine vereinfachte schematische Schnittansicht eines Druckbehälters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 einen Schritt eines Herstellungsverfahrens des Druckbehälters der1 , und -
3 einen weiteren Schritt des Herstellungsverfahrens des Druckbehälters der1 .
-
1 a simplified schematic sectional view of a pressure vessel according to a preferred embodiment of the invention, -
2 a step of a manufacturing process of thepressure vessel 1 , and -
3 a further step in the manufacturing process of thepressure vessel 1 .
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Der Druckbehälter 1 ist vorgesehen zur Speicherung von gasförmigen Brennstoffen, welche vorzugsweise als Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge verwendet werden können. Insbesondere ist der Behälter 1 vorgesehen zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck.The
Zur Herstellung des Druckbehälters 1 erfolgt zunächst ein Bereitstellen eines Stützrohres 2 und eines Sperrrohres 3 (vergleiche
Eine erste Wandstärke 33 des Sperrrohres 3 ist kleiner als eine zweite Wandstärke 23 des Stützrohres 2. Vorzugsweise beträgt die erste Wandstärke 33 maximal 50 % der zweiten Wandstärke 23.A
Die beiden Rohre 2, 3 sind aus Stahl ausgebildet. Im Detail ist das Sperrrohr 3 aus einem austenitischen Stahl und das Stützrohr 2 aus einem martensitischen Stahl gebildet.The two
Weiterhin sind die Materialien der beiden Rohre 2, 3 derart gewählt, dass das Sperrrohr 3 aus einem Material gebildet ist, dass einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, als ein Material des Stützrohres.Furthermore, the materials of the two
Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird das Sperrrohr 3 innerhalb des Stützrohres 2 angeordnet, beispielsweise wie in der
Anschließend werden die beiden Rohre in dieser ineinander gesteckten Konfiguration gemeinsam gestaucht. Dabei werden sowohl das Stützrohr 2, als auch das Sperrrohr 3 in radialer Richtung verformt, derart, dass nach dem verformen ein Außendurchmesser 21' des Stützrohres 2 nach dem verformen kleiner ist als ein Innendurchmesser 32 des Sperrrohres 3 vor dem verformen (vergleiche
Anschließend erfolgt ein Verformen des Stützrohres 2. Das Stützrohr 2 wird dabei gleichzeitig in radialer Richtung gestaucht (vergleiche Pfeile B in
Anschließend wird das Doppelrohr 4 entlang der Axialrichtung in mehrere Doppelrohrstücke 41 getrennt. Aus jedem dieser Doppelrohrstücke 41 kann anschließend ein separater Druckbehälter 1 hergestellt werden.The
Zum Herstellen des Druckbehälters 1 wird anschließend an jedem axialen Ende des Doppelrohrstücks 41 jeweils ein domförmiger Endbereich 45 und ein Anschlussbereich 46 hergestellt (vergleiche
Der domförmige Endbereich 45 bildet dabei eine kuppelförmige Verjüngung von Innen- und Außenkontur des Doppelrohrstücks 41, welcher in den Anschlussbereich 46 mündet. Der Anschlussbereich 46 wird als gerades rohrförmiges Endstück des Druckbehälters 1 ausgebildet.The dome-shaped
Zum Herstellen des domförmigen Endbereich 45 und des Anschlussbereichs 46 wird das entsprechende Doppelrohrstück 41 bereichsweise nach radial innen verformt durch ein drückendes Umformverfahren, vorzugsweise Hot-Spin-Forming.To produce the dome-shaped
Anschließend kann an jedem der Anschlussbereiche 46 an dessen Innenumfang ein Innengewinde 47 ausgebildet werden, mittels welchem beispielsweise ein Anschlusselement 49 mit dem Druckbehälter 1 verbunden werden kann. Mittels des Anschlusselements 49 kann beispielsweise ein innerer Hohlraum 5 des Druckbehälters, in dem der gasförmige Brennstoff unter Druck gespeichert werden kann, in Fluidverbindung mit einer Leitung gebracht werden, über die die gasförmigen Brennstoffe weitertransportiert werden können, zum Beispiel an einen Verbraucher. An dem dem Anschlusselement 49 gegenüberliegenden Anschlussbereich 46 kann beispielsweise ein Verschlusselement vorgesehen sein, um den Hohlraum 5 an diesem Ende des Druckbehälters 1 fluiddicht zu verschließen.An
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Druckbehälterpressure vessel
- 22
- StützrohrSupport tube
- 33
- SperrrohrBarrier tube
- 44
- DoppelrohrDouble pipe
- 55
- Hohlraumcavity
- 2121
- Außendurchmesser StützrohrOuter diameter support tube
- 2222
- Innendurchmesser StützrohrInner diameter support tube
- 22a22a
- Innenfläche StützrohrInner surface support tube
- 2323
- zweite Wandstärke Stützrohrsecond wall thickness support tube
- 3131
- Außendurchmesser SperrrohrOuter diameter barrier tube
- 3232
- Innendurchmesser SperrrohrInner diameter barrier tube
- 32a32a
- Außenfläche SperrrohrOuter surface barrier pipe
- 3333
- erste Wandstärke Sperrrohrfirst wall thickness barrier pipe
- 4040
- Stauchabschnittcompression section
- 4141
- DoppelrohrstückeDouble pipe pieces
- 4545
- domförmiger Endbereichdome-shaped end area
- 4646
- AnschlussbereichConnection area
- 4747
- Innengewindeinner thread
- 4848
- Spaltgap
- 4949
- AnschlusselementConnection element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
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